淺談車載SerDes芯片的線纜檢測(cè)功能

隨著汽車電動(dòng)化和智能化時(shí)代的到來，車載攝像頭和顯示屏的數(shù)量越來越多。作為車載高清視頻傳輸?shù)闹髁鞣桨?，車載SerDes通過同軸線纜或差分線纜，在車內(nèi)幾米至十幾米的距離內(nèi)，傳輸每秒Gbit量級(jí)的數(shù)據(jù)，因此車載SerDes使用的線纜往往質(zhì)量要求較高，布設(shè)方式更為嚴(yán)苛，旨在盡可能減少線纜上信號(hào)的衰減并降低故障率。

說到線纜故障，對(duì)于傳輸?shù)皖l信號(hào)而言，其故障往往是信號(hào)線與其它線路短路或者發(fā)生斷路。但對(duì)于車載SerDes線纜，建立物理連接形成電流通路只是基本前提，為保證傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠，高頻信號(hào)傳輸特性決定了傳輸線纜阻抗連續(xù)且接頭連接緊密，所以車載SerDes線纜的故障表現(xiàn)更復(fù)雜，例如，連接器接頭氧化導(dǎo)致接觸電阻變大；布線時(shí)彎折角度過大或絕緣層損壞導(dǎo)致局部線纜阻抗突變;以及線纜本身制作工藝控制不嚴(yán)格導(dǎo)致的阻抗不連續(xù)等，都會(huì)導(dǎo)致SerDes信號(hào)衰減，其載SerDes常用同軸線纜為例，原則上要求特征阻抗為載SerDes常用同軸線纜為例，原則上要求特征阻抗為50Ω土10% (或者50Ω土5Ω),一旦線纜特征阻抗超出此范園，都可視為發(fā)生故障。

雖然車載SerDes對(duì)信號(hào)衰減存在容忍度，特征阻抗即使超出上述要求，視頻未必看出異常，卻會(huì)成為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。當(dāng)疊加其它負(fù)面影響，例如EMC干擾信號(hào)影響或高低溫導(dǎo)致元器件性能下降，就有可能導(dǎo)致偶發(fā)性的視頻異常;此外肉眼觀察并不能分辨像素級(jí)的偶發(fā)錯(cuò)誤，然而對(duì)于智駕應(yīng)用必定難以接受。

工程技術(shù)人員解決線纜故障問題的方法無非更換根線纜，看似簡單，但存在隱患。首先，故障現(xiàn)象在某一路攝像頭畫面不顯示時(shí)，難以直接判斷，故障出在線材還是設(shè)備?為此就得先拆設(shè)備交叉測(cè)試。如排除設(shè)備問題，確定是線材問題，還要具體確定是哪段線?畢竟車載主機(jī)到攝像頭連線往往由多段線纜級(jí)聯(lián)，不宜全換。即便換完后開機(jī)畫面正常，看似解決而余量多大未知，更難避免小概率問題重現(xiàn)，排查線纜故障問題耗費(fèi)人力和時(shí)間成本。

解決車載SerDes線纜故障過程包含三個(gè)層面的分析:第一、明確故障是線材還是設(shè)備;第二、快速準(zhǔn)確定位線材故障點(diǎn);第三、預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)。由此評(píng)估線纜檢測(cè)方案優(yōu)劣。

縱觀當(dāng)今市場(chǎng)上主流車載SerDes方案，GMSL/FPD-LINK依靠外加電阻并結(jié)合芯片內(nèi)部電壓/電流檢測(cè)電路，通過讀取相關(guān)寄存器可判斷同軸電纜芯線是否存在對(duì)地短路、對(duì)電源短路、斷路，且如果使用POC供電只能檢測(cè)是否對(duì)地短路(圖1是不帶有POC功能的GMSL檢測(cè)原理，圖2是帶有POC功能的GMSL檢測(cè)原理，圖片均來自其官網(wǎng))。ASA標(biāo)準(zhǔn)中沒有介紹檢測(cè)原理，但也有相關(guān)寄存器描述，可檢測(cè)線纜是否存在斷路、線間短路、對(duì)電源短路; APHY標(biāo)準(zhǔn)中沒有涉及線纜故障問題的處理。因此，上述方 案對(duì)完成前文提到三個(gè)分析只能提供有限信息，通常并不能讓問題的解決過程簡化。

圖1

圖2

圖片來源：https://www.analog.com/en/resources/design-notes/how-to-use-gmsl-linefault- . detection-for-power-over-coax.html

新近發(fā)布的“國產(chǎn)”HSMT標(biāo)準(zhǔn)可提供很好的線纜故障檢測(cè)方案令人振奮。HSMT除要求能檢測(cè)線纜開路、短路，還要求能定位故障位置，誤差1米以下，性能指標(biāo)易于聯(lián)想到車載以太網(wǎng)。車載以太網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文檔中，就提到采用基于TDR故障檢測(cè)技術(shù)，并因成熟可靠得到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，已有廠商推出手持式檢測(cè)儀，支持通過TDR的檢測(cè)方式評(píng)估線纜質(zhì)量。

以天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體為代表的芯片廠商，已量產(chǎn)支持HSMT標(biāo)準(zhǔn)的車載SerDes芯片組，其中集成TDR檢測(cè)電路(如圖3所示)，SerDes發(fā)送特定幅值激勵(lì)信號(hào)，通過測(cè)量反射信號(hào)的幅值及時(shí)延，可判斷鏈路上是否存在發(fā)生阻抗突變的故障點(diǎn)。這樣不僅可以檢測(cè)到信號(hào)線對(duì)地短路、對(duì)電源短路、信號(hào)線斷路、線纜接觸不良等故障，而且可以測(cè)量故障點(diǎn)到信號(hào)源的距離。無需額外增加檢測(cè)設(shè)備尤為重要，甚至可以不拆解線纜和相關(guān)零件，使問題的排查和定位變得非常簡單。

圖3

通過下面的表格對(duì)比HSMT和GMSL方案線纜故障檢測(cè)的功能差異( APHY標(biāo)準(zhǔn)未涉及線纜故障檢測(cè)，ASA尚未有量產(chǎn)型號(hào)推出，未列入對(duì)比)。

進(jìn)而車載SerDes中集成TDR檢測(cè)電路，還可用于線纜的品質(zhì)檢驗(yàn)。畢竟,車載SerDes線纜供應(yīng)商出貨時(shí)，不會(huì)逐條線纜都做阻抗-致性的檢測(cè)。 車輛組裝完成后，可以“順便”測(cè)-下線纜是否存在風(fēng)險(xiǎn)。

總之，車載SerDes芯片中集成基于TDR的線纜故障檢測(cè)功能，對(duì)于車廠而言，無論是作為售后的維修的排查手段，還是作為出貨時(shí)的一種質(zhì)量管控手段，都具有很好的實(shí)用價(jià)值。

（本文來源于《EEPW》202407）